KR20100109396A - 레이저 가공장치 및 레이저 가공방법 - Google Patents

레이저 가공장치 및 레이저 가공방법 Download PDF

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Abstract

<과제> XY 테이블에 얹혀 놓인 워크로의 레이저 가공을 용이하게 행하는 레이저 가공장치를 얻는 것이다.
<해결 수단> XY 테이블상에 얹혀 놓인 워크에 레이저광을 조사하여 워크로의 레이저 가공을 행하는 레이저 가공장치에 있어서, 워크상에서 소정의 높이로 이동하여 워크에 레이저광을 조사하는 레이저광 조사부와, XY 테이블의 표면높이를 모델화 근사식을 이용하여 워크상의 가공위치마다 레이저광 조사부의 높이의 보정값을 산출함과 동시에, 워크의 가공을 행할 때에 지시되는 가공높이를 보정값으로 보정하여 보정 후의 가공높이를 산출하는 Z축 보정위치 산출부(23)와, 보정 후의 가공높이로 레이저광 조사부를 이동시키는 Z축 구동부(34)를 구비한다.

Description

레이저 가공장치 및 레이저 가공방법{LASER PROCESSING APPARATUS AND LASER PROCESSING METHOD}
본 발명은 XY 테이블에 얹혀 놓인 워크(work)를 레이저 가공하는 레이저 가공장치 및 레이저 가공방법에 관한 것이다.
피가공물인 워크에 레이저광을 조사하여 워크로의 레이저 가공을 행하는 레이저 가공장치는 워크를 얹어 놓는 XY 테이블(가공 테이블)을 구비하여 구성되어 있다. 이 XY 테이블 표면에, 예를 들면 10 ~ 30㎛ 정도의 요철(凹凸)이 존재하는 경우, XY 테이블상의 워크에 조사되는 레이저광의 초점위치가 XY 테이블상의 위치에 의해서 10 ~ 30㎛ 정도 다르게 된다. 이 경우에 있어서, 집광렌즈로부터 나오는 레이저광의 초점유도(焦点裕度, 초점심도, depth of focus)가 30㎛ 이하이면, 초점위치가 맞지 않고 가공품질이 열화(劣化)한다는 문제가 있었다.
특허문헌 1에 기재한 레이저 가공기는 워크를 얹어 놓는 XY 테이블 표면의 높이를 미리 격자모양으로 측정해 두고, 워크 상면의 임의의 점의 높이를 이 점을 둘러싸는 4점의 높이를 이용하여 연산하고 있다. 그리고, 연산한 높이에 다른 위치를 레이저의 결상(結像)위치로 정하고 있다.
[특허문헌1]일본국특개2008-73806호공보
그렇지만, 상기 종래의 기술에서는 테이블 표면에 복잡한 요철이 있는 경우, 측정점수를 늘려야 한다. 또, 테이블 데이터로서 1점의 측정개소에 대해서 (X, Y, Z)의 3점분의 데이터(위치좌표)를 보존할 필요가 있다. 이 때문에, 보존해 두는 데이터량이 크게 늘어나게 된다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로서, XY 테이블에 얹혀 놓인 워크로의 레이저 가공을 용이하게 행하는 레이저 가공장치 및 레이저 가공방법을 얻는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, XY 테이블상에 얹혀 놓인 워크에 레이저광을 조사하여 상기 워크로의 레이저 가공을 행하는 레이저 가공장치에 있어서, 상기 워크상에서 소정의 높이로 이동하여 상기 워크에 레이저광을 조사하는 레이저광 조사부와, 상기 XY 테이블의 표면높이를 모델화한 근사식을 이용하여 상기 워크상의 가공위치마다 상기 레이저광 조사부의 높이의 보정값을 산출함과 동시에, 상기 워크의 가공을 행할 때에 지시되는 가공높이를 상기 보정값으로 보정하여 보정 후의 가공높이를 산출하는 산출부와, 상기 보정 후의 가공높이로 상기 레이저광 조사부를 이동시키는 구동부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, XY 테이블의 표면높이를 모델화한 근사식을 이용하여 워크상의 가공위치마다 레이저광 조사부의 높이의 보정값을 산출하므로, XY 테이블의 표면높이에 따른 워크로의 레이저 가공을 용이하게 행할 수 있다고 하는 효과를 나타낸다.
도 1은 실시형태에 관한 레이저 가공장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 레이저 가공장치의 구성을 나타내는 기능블럭도이다.
도 3은 Z축 보정계수의 산출처리순서를 나타내는 플로우차트이다.
도 4는 XY 테이블상에 설정되는 높이의 측정점을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 XY-Z 대응정보의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 XY 테이블의 에어리어(area) 분할을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 에어리어끼리가 일부 중복하는 경우의 에어리어 설정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 레이저광을 조사하는 높이의 보정처리순서를 나타내는 플로우차트이다.
도 9는 이동할 지점의 보정값과 보정데이터를 설명하기 위한 도면이다.
<발명을 실시하기 위한 형태>
이하에, 본 발명의 실시형태에 관한 레이저 가공장치 및 레이저 가공방법을 도면에 근거하여 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시형태
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 레이저 가공장치를 나타내는 도면이다. 레이저 가공장치(1)는 XY 테이블(35)의 요철에 레이저광의 초점위치가 일치하도록 가공시에 초점위치의 높이를 보정하면서 레이저 가공을 행하는 장치이다. 본 실시형태의 레이저 가공장치(1)는 XY 테이블(35)의 각 위치에서 측정한 높이를 이용하여 XY 테이블(35)의 높이(표면높이)를 모델화한 근사식(모델식)으로서 산출해 두고, 이 모델식을 이용하여 레이저광 조사위치의 높이를 조정한다. 레이저 가공장치(1)는 Fθ렌즈(31), 높이계측센서(32), 카메라(33), Z축 구동부(34), XY 테이블(35)을 구비하여 구성되어 있다.
Fθ렌즈(레이저광 조사부)(31)는 레이저 발진기(도시생략)로부터 출사되어 가공헤드 측으로 유도되어 온 레이저광(30)을 집광하여 XY 테이블(35)상의 워크(W)에 조사한다. Fθ렌즈(31)를 통하여 조사되는 레이저광(30)은 Fθ렌즈(31)의 Z축 방향(광축방향)의 높이에 의해서 결상위치가 정해진다. 이 때문에, Fθ렌즈(31)는 XY 테이블(35)의 요철에 따른 높이로 이동하게 된다.
높이계측센서(32)는 XY 테이블(35)이나 워크(W)의 높이를 계측하는 센서이다. 높이계측센서(32)는, 예를 들면 XY 테이블(35)의 상면이나 워크(W) 상면에 접촉함으로써, XY 테이블(35)이나 워크(W)의 높이를 계측한다.
카메라(33)는 워크(W)의 상면을 촬상한다. 카메라(33)는, 예를 들면 워크(W)의 XY방향의 가공위치를 결정할 때에 워크(W)에 형성되어 있는 위치결정마크를 촬상한다. 또, 카메라(33)는 워크(W)에 형성된 가공구멍을 촬상한다.
Z축 구동부(34)는 Fθ렌즈(31), 높이계측센서(32), 카메라(33)에 접합되어 있다. Z축 구동부(34)는 Z축 방향으로 이동함으로써, Fθ렌즈(31), 높이계측센서(32), 카메라(33)를 Z축 방향으로 이동시킨다.
XY 테이블(35)은 워크(W)를 얹어 놓음과 동시에, XY 평면 내에서 이동한다. XY 테이블(35)은 XY 평면에 평행한 주면(主面)을 가지고 있고, 이 주면에 워크(W)를 얹어 놓는다. XY 테이블(35)이 가지고 있는 XY 평면 내에서의 요철은 높이계측센서(32)에서 계측된다.
도 2는 레이저 가공장치의 구성을 나타내는 기능블럭도이다. 레이저 가공장치(1)는 가공제어부(11)와, 높이제어장치(2)를 포함하여 구성되어 있다. 또, 레이저 가공장치(1)는 계측센서 제어부(12), 높이계측센서(32), 높이데이터 계측부(16), 테이블위치 제어부(13), XY 테이블(35), 테이블위치 계측부(17), 렌즈높이 제어부(14), 카메라높이 제어부(15), Z축 구동부(34)를 가지고 있다. 여기서의 높이계측센서(32), 높이데이터 계측부(16)가 특허청구의 범위에 기재한 높이계측부에 대응하고 있다. 또한, 도 2에서는 Fθ렌즈(31)나 카메라(33)의 도시를 생략하고 있다.
가공제어부(11)는 계측센서 제어부(12), 테이블위치 제어부(13), 렌즈높이 제어부(14), 카메라높이 제어부(15)를 제어한다. 가공제어부(11)는 XY 테이블(35)이나 워크(W)의 높이를 계측시키는 지령(높이계측지령)을 계측센서 제어부(12)로 보낸다. 가공제어부(11)는, 예를 들면, 후술하는 Z축 보정계수를 산출할 때나 후술하는 기준위치에서의 보정데이터(Zbase)를 산출할 때에 높이계측지령을 계측센서 제어부(12)로 보낸다.
가공제어부(11)는 XY 테이블(35)을 XY 평면 내에서 이동시키는 지령(테이블 이동지령)을 테이블위치 제어부(13)로 보낸다. 가공제어부(11)는 워크(W)의 가공위치를 이동시킬 때나 XY 테이블(35)의 높이를 측정시킬 때에 테이블 이동지령을 테이블위치 제어부(13)로 보낸다.
가공제어부(11)는 Fθ렌즈(31)를 높이방향(Z축 방향)으로 이동시키는 지령(렌즈이동지령)을 렌즈높이 제어부(14)로 보낸다. 가공제어부(11)는 워크(W)를 레이저 가공할 때에 렌즈이동지령을 렌즈높이 제어부(14)로 보낸다.
가공제어부(11)는 카메라(33)를 높이방향으로 이동시키는 지령(카메라 이동지령)을 카메라높이 제어부(15)로 보낸다. 가공제어부(11)는 워크(W)의 XY 테이블(35)상으로의 위치결정을 행할 때에 카메라 이동지령을 카메라높이 제어부(15)로 보낸다.
가공제어부(11)는 렌즈높이 제어부(14)와 카메라높이 제어부(15) 중 어느 한쪽에 접속할 수 있도록 구성되어 있다. 환언하면, 가공제어부(11)는 렌즈높이 제어부(14)로의 제어와 카메라높이 제어부(15)로의 제어의 전환을 행한다. 이것에 의해, 가공제어부(11)는 Fθ렌즈(31)를 기준으로 한 높이제어(렌즈이동지령을 보내는 처리) 또는 카메라(33)를 기준으로 한 높이제어(카메라 이동지령을 보내는 처리) 중 하나를 행한다.
계측센서 제어부(12)는 가공제어부(11)로부터 높이계측지령을 받으면, 높이계측센서(32)에 XY 테이블(35)이나 워크(W)의 높이를 계측시킨다. 높이계측센서(32)는 XY 테이블(35)이나 워크(W)의 높이를 계측하는 센서이다. 높이계측센서(32)는 계측결과(계측신호)를 높이데이터 계측부(16)로 보낸다.
높이데이터 계측부(16)는 높이계측센서(32)로부터 보내져 오는 계측결과에 근거하여, XY 테이블(35)이나 워크(W)의 높이를 높이데이터로서 계측한다. 높이데이터 계측부(16)는 계측한 높이데이터를 높이제어장치(2)로 보낸다.
테이블위치 제어부(13)는 가공제어부(11)로부터 테이블 이동지령을 받으면, XY 테이블(35)을 XY 평면 내의 소정 위치로 이동시키기 위한 테이블 이동지령을 XY 테이블(35)로 보낸다. 또, 테이블위치 제어부(13)는 테이블 이동지시를 높이제어장치(2)로 보낸다. 테이블위치 계측부(17)는 XY 테이블(35)의 XY 평면 내에서의 위치(좌표)를 테이블위치로서 계측한다. 테이블위치 계측부(17)는 계측한 테이블위치를 높이제어장치(2)로 보낸다.
렌즈높이 제어부(14)는 가공제어부(11)로부터 렌즈이동지령을 받으면, Fθ렌즈(31)를 소정의 높이로 이동시키는 지시(렌즈높이지령)를 높이제어장치(2)로 보낸다. 카메라높이 제어부(15)는 가공제어부(11)로부터 카메라 이동지령을 받으면, 카메라(33)를 소정의 높이로 이동시키는 지시(카메라높이 제어지시)를 높이제어장치(2)로 보낸다. Z축 구동부(34)는 높이제어장치(2)에 접속되어 있고, 높이제어장치(2)로부터의 지시에 따라서 Z축 방향으로 이동한다.
높이제어장치(2)는 Z축 보정데이터 기억부(21), Z축 보정계수 산출부(22), Z축 보정위치 산출부(23), 높이제어부(24)를 가지고 있다. 여기서의 Z축 보정계수 산출부(22), Z축 보정위치 산출부(23)가 특허청구의 범위에 기재한 산출부에 대응하고 있다.
Z축 보정데이터 기억부(21)는 높이데이터 계측부(16), 테이블위치 계측부(17)에 접속되어 있는 메모리 등이다. Z축 보정데이터 기억부(21)는 높이데이터 계측부(16)로부터 보내져 오는 높이데이터를 기억함과 동시에, 테이블위치 계측부(17)로부터 보내져 오는 테이블위치를 기억한다. Z축 보정데이터 기억부(21)로는 워크(W)의 레이저 가공을 행하기 전에 미리 높이데이터와 테이블위치가 대응된 정보(후술의 XY-Z 대응정보(101))가 격납된다. XY-Z 대응정보(101)는 XY 테이블(35)의 높이(Z)와, 테이블위치(X, Y)와의 대응관계를 나타내는 정보이다.
Z축 보정계수 산출부(22)는 워크(W)의 레이저 가공을 행하기 전에 Z축 보정데이터 기억부(21)가 기억하고 있는 XY-Z 대응정보(101)를 이용하여 XY 테이블(35)의 요철을 산출한다. 구체적으로는, Z축 보정계수 산출부(22)는 XY-Z 대응정보(101)에 다항식 근사를 행하여 XY 테이블(35)의 요철을 나타내는 모델식(보정식)을 산출한다. 본 실시형태에서는 Z축 보정계수 산출부(22)가 4차 다항식으로 XY 테이블(35)의 요철을 근사하는 경우에 대해서 설명한다. Z축 보정계수 산출부(22)는 XY 테이블(35)의 요철을 나타내는 4차 다항식의 계수를 Z축 보정계수로서 보관유지해 둔다.
Z축 보정계수 산출부(22)는 Z축 보정위치 산출부(23) 또는 높이제어부(24) 중 어느 한쪽에 접속할 수 있도록 구성되어 있다. Z축 보정계수 산출부(22)는 산출한 모델식을 이용하여 워크(W)의 레이저 가공을 행할 때에 Z축 보정위치 산출부(23)에 접속하고, 모델식을 산출할 때에 높이제어부(24)에 접속하도록 접속할 지점의 전환을 행한다. Z축 보정계수 산출부(22)는 Z축 보정위치 산출부(23)에 접속하면, Z축 보정위치 산출부(23)로 Z축 보정계수를 보낸다.
Z축 보정위치 산출부(23)는 카메라높이 제어부(15), 렌즈높이 제어부(14), Z축 보정계수 산출부(22)에 접속되어 있다. Z축 보정위치 산출부(23)는 렌즈높이 제어부(14)로부터 보내져 오는 렌즈높이지령, 테이블 위치제어부(13)로부터 보내져 오는 테이블 이동지시, Z축 보정계수 산출부(22)로부터 보내져 오는 Z축 보정계수를 이용하여, Z축 구동부(34)로의 보정 후 높이지령(렌즈높이지령의 높이를 보정한 지령)을 산출한다.
구체적으로는, Z축 보정위치 산출부(23)는 테이블 이동지시에 대응하는 XY 테이블(35)의 위치(테이블위치)를 산출함과 동시에, 이 XY 테이블(35)의 위치에 근거하여, XY 테이블(35)상에서의 레이저광의 조사위치를 산출한다. 그리고, 4차 다항식의 보정계수를 이용하여, 레이저광의 조사위치(X, Y)에서의 높이를 산출한다. 또한, 산출한 높이와, 현재위치에서의 높이의 차가 보정량(ΔZ)(Z축 보정위치)(보정값)으로서 산출된다. Z축 보정위치 산출부(23)는, 산출한 보정량(ΔZ), 기준위치에서의 높이의 보정량(Zbase), 렌즈높이지령을 이용하여, 다음의 가공위치에서의 보정 후 높이지령을 산출한다. Z축 보정위치 산출부(23)는 산출한 보정 후 높이지령을 높이제어부(24)로 보낸다.
높이제어부(24)는 Z축 구동부(34)에 접속되어 있고, Z축 구동부(34)를 제어한다. 높이제어부(24)는 Z축 보정위치 산출부(23)로부터 보내져 온 보정 후 높이지령을 이용하여 Z축 구동부(34)의 높이를 제어한다.
다음으로, 레이저 가공장치(1)의 동작순서에 대해서 설명한다. 여기서는, 레이저 가공장치(1)의 동작순서로서, Z축 보정계수의 산출처리순서를 설명한 후, 레이저 가공을 행할 때의 레이저광 조사위치(높이)의 보정처리순서에 대해 설명한다.
도 3은 Z축 보정계수의 산출처리순서를 나타내는 플로우차트이다. Z축 보정계수를 산출할 때에는 Z축 보정계수 산출부(22)를 높이제어부(24)에 접속해 두고, Z축 보정위치 산출부(23)에 의한 높이보정을 무효로 해 둔다. 레이저 가공장치(1)는 XY 테이블(35)상의 임의의 위치(1점째의 측정점)로 높이계측센서(32)를 이동시켜, XY 테이블(35)의 높이를 계측한다(스텝 S10). 구체적으로는, 가공제어부(11)는 테이블위치 제어부(13)에 테이블 이동지령을 보낸다. 테이블위치 제어부(13)는 가공제어부(11)로부터 테이블 이동지령을 받으면, 높이계측센서(32)를 XY 평면 내의 1점째의 측정점으로 이동시키기 위한 테이블 이동지시를 XY 테이블(35)과 높이제어장치(2)로 보낸다. 테이블위치 계측부(17)는 높이계측센서(32)에 의해서 측정된 XY 테이블(35)의 위치를 테이블 위치로서 계측한다. 테이블위치 계측부(17)는 계측한 테이블위치를 높이제어장치(2)로 보낸다.
높이계측센서(32)를 XY 평면 내의 1점째의 측정점으로 이동시킨 후, 가공제어부(11)는 계측센서 제어부(12)에 워크(W)의 높이를 계측하는 높이계측지령을 보낸다. 계측센서 제어부(12)는 가공제어부(11)로부터 높이계측지령을 받으면, 높이계측센서(32)에 XY 테이블(35)의 높이를 계측시킨다. 이것에 의해, 높이계측센서(32)는 XY 테이블(35)의 높이를 계측하고, 계측결과를 높이데이터 계측부(16)로 보낸다. 높이데이터 계측부(16)는 높이계측센서(32)로부터 보내져 오는 계측결과에 근거하여, XY 테이블(35)의 높이를 높이데이터로서 계측한다(스텝 S20). 높이데이터 계측부(16)는 계측한 높이데이터를 높이제어장치(2)로 보낸다. 이것에 의해, 높이데이터와 1점째의 테이블위치가 대응됨과 동시에, Z축 보정데이터 기억부(21)가 XY-Z 대응정보(101)로서 기억한다(스텝 S30).
여기서, XY 테이블(35)상에서 XY 테이블(35)의 높이가 측정되는 측정점에 대해서 설명한다. 도 4는 XY 테이블상에서 설정되는 높이의 측정점을 설명하기 위한 도면이다. XY 테이블(35)상에는 미리 높이측정의 대상이 되는 측정점(P)을 복수 점에 걸쳐 배치해 둔다. 측정점(P)은, 예를 들면 X방향과 Y방향에 소정의 간격으로 늘어서도록 배치해 둔다. 도 4에서는 측정점(P)이 X방향에 9점, Y방향에 8점 늘어서도록 X방향과 Y방향에 등간격으로 늘어선 경우를 나타내고 있다.
가공제어부(11)는 미리 설정해 둔 측정점(P)의 모두에서 높이를 계측했는지 여부를 판단한다(스텝 S40). 모든 측정점(P)에서 높이를 계측하고 있지 않으면(스텝 S40, 아니오), 가공제어부(11)는 XY 테이블(35)상의 임의의 위치(다음의 측정점(P))로 높이계측센서(32)를 이동시키고, XY 테이블(35)의 높이를 계측시킨다(스텝 S10). 그리고, 다음의 측정점에서의 높이데이터를 측정시킴과 동시에, 이 측정점에서의 테이블위치와 높이데이터가 대응된 정보를 Z축 보정데이터 기억부(21) 내의 XY-Z 대응정보(101)에 격납시킨다(스텝 S30).
가공제어부(11)는 미리 설정해 둔 모든 측정점(P)에서 높이를 계측할 때까지, 스텝 S10 ~ S40의 처리를 반복한다. 여기서, XY-Z 대응정보(101)에 대해 설명한다. 도 5는 XY-Z 대응정보의 일례를 나타내는 도면이다. XY-Z 대응정보(101)는 측정점(P)의 좌표와, 이 좌표 위치에서의 XY 테이블(35)의 높이를 대응시킨 정보 테이블이다. 도 5에서는 측정점(P)을 XY 테이블(35)상의 X방향으로 X = 0, 90, 180, 270과 같이 90㎜ 간격으로 배치함과 동시에, XY 테이블(35)상의 Y방향으로 Y = 0, 80, 160, 240과 같이 80㎜ 간격으로 배치한 경우를 나타내고 있다. XY-Z 대응정보(101)에서는 소정의 간격으로 격자모양으로 늘어선 측정점(P)의 좌표에 XY 테이블(35)의 높이가 대응되어 있다. 도 5에서는, (X, Y) = (0, 0)에는 높이 a가 대응되며, (X, Y) = (90, 0)에는 높이 b가 대응되어 있는 경우를 나타내고 있다.
모든 측정점(P)에서 높이를 계측하면(스텝 S40, 예), Z축 보정계수 산출부(22)는 XY 테이블(35)상의 에어리어를 4분할한다. 이것에 의해, Z축 보정데이터 기억부(21)에 기억해 둔 XY-Z 대응정보(101)의 데이터를 4분할한다. 환언하면, Z축 보정계수 산출부(22)는 높이를 측정한 측정점(P)을 XY 테이블(35)상의 에어리어에 따른 4개의 그룹으로 나눈다(스텝 S50).
도 6은 XY 테이블의 에어리어 분할을 설명하기 위한 도면이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, XY 테이블(35)상의 에어리어가 에어리어 A1 ~ D1과 같이 분할됨으로써, XY 테이블(35)상에 4개의 에어리어가 설정된다. 도 6에서는 XY 테이블(35)상의 에어리어를 X방향으로 2분할하고, 또한 Y방향으로 2분할한 경우를 나타내고 있다. 환언하면, X축에 평행한 선 및 Y축에 평행한 선에 의해서 XY 테이블(35)상의 에어리어를 4분할하고 있다. XY 테이블(35)상의 에어리어를 분할하는 X축에 평행한 선과 Y축에 평행한 선과의 교점을 원점으로 한 경우, 제1 상한(象限)에 대응하는 에어리어가 에어리어 B1이고, 제2 상한에 대응하는 에어리어가 에어리어 A1이다. 또, 제3 상한에 대응하는 에어리어가 에어리어 C1이며, 제4 상한에 대응하는 에어리어가 에어리어 D1이다.
또한, XY 테이블(35)상으로의 에어리어 설정은 XY 테이블(35)의 에어리어 분할에 한정하지 않는다. 예를 들면, 에어리어 설정 후의 에어리어가 다른 에어리어와 일부만 중복하도록 각 에어리어를 설정하여도 된다. 도 7은 에어리어끼리가 일부 중복하는 경우의 에어리어 설정을 설명하기 위한 도면이다. 도 7에서는 에어리어 A1 ~ D1을 각각 다른 에어리어와 겹치도록 소정 영역만 확장한 에어리어 A2 ~ D2를 XY 테이블(35)에 설정한 경우를 나타내고 있다.
에어리어 A2는 에어리어 A1을 X축방향 및 Y축방향으로 확대시킨 에어리어이며, 에어리어 B2는 에어리어 B1을 X축방향 및 Y축방향으로 확대시킨 에어리어이다. 또, 에어리어 C2는 에어리어 C1을 X축방향 및 Y축방향으로 확대시킨 에어리어이며, 에어리어 D2는 에어리어 D1을 X축방향 및 Y축방향으로 확대시킨 에어리어이다. 이것에 의해, 에어리어 A2 ~ D2는 각각 다른 에어리어와 일부분만 겹치게 된다.
Z축 보정계수 산출부(22)는 분할한 에어리어마다 Z축 보정계수를 산출한다. Z축 보정계수 산출부(22)는 최소제곱법 등에 의한 다항식 근사로 XY 테이블(35)의 요철(높이)을 모델화한다. 예를 들면, Z축 보정계수 산출부(22)는 XY 테이블(35)의 높이 Z를 식(1)에 의해서 근사한다.
Z = a + bY + cY2 + dY3 + eY4 + fX + gXY + hXY2 + iXY3 + jX2 + kX2Y + lX2Y2 + mX3 + nX3Y + oX4 … (1)
Z축 보정계수 산출부(22)는 식(1)의 계수를 산출함으로써 에어리어마다 Z축 보정계수를 산출한다(스텝 S60). Z축 보정계수 산출부(22)는 산출한 Z축 보정계수를 각 에어리어에 대응시켜 기억해 둔다.
또한, 에어리어 A2 ~ D2를 XY 테이블(35)에 설정한 경우, 복수의 에어리어가 설정되어 있는 영역(예를 들면 에어리어 A2와 에어리어 B2가 겹치는 영역)은 설정되어 있는 에어리어 중 어느 1개를 선택하고, 선택한 에어리어의 Z축 보정계수를 적용한다. 또, 복수의 에어리어가 설정되어 있는 영역에는 설정되어 있는 에어리어 중에서 복수의 에어리어를 선택하고, 선택한 각 에어리어의 Z축 보정계수를 모두 적용하여도 된다. 이 경우는 각 에어리어의 각 Z축 보정계수를 이용하여 산출된 높이의 평균값 등이 XY 테이블(35)의 높이가 된다.
다음으로, 레이저 가공을 행할 때의 레이저광 조사위치(높이)의 보정처리순서에 대해서 설명한다. 도 8은 레이저광을 조사하는 높이의 보정처리순서를 나타내는 플로우차트이다. 레이저 가공을 개시하기 전에, XY 테이블(35)상에 워크(W)가 얹혀 놓인다. 그리고, 레이저 가공장치(1)는 XY 테이블(35)상에서 높이의 기준위치로 설정하는 XY 평면 내의 좌표에 높이계측센서(32)를 이동시키고, XY 테이블(35)상의 워크(W)의 높이(기준이 되는 높이)를 계측한다. 높이의 기준위치가 되는 XY 평면 내의 좌표는 워크(W)상의 어느 위치라도 되고, 예를 들면 가공구멍 이외의 위치로 한다.
워크(W)의 높이를 계측할 때에는 Z축 보정계수 산출부(22)를 높이제어부(24)에 접속해 두고, Z축 보정위치 산출부(23)에 의한 높이보정을 무효로 해 둔다. 그리고, 가공제어부(11)는 테이블위치 제어부(13)로 테이블 이동지령을 보낸다. 테이블위치 제어부(13)는 가공제어부(11)로부터 테이블 이동지령을 받으면, 높이계측센서(32)를 높이의 기준위치 측정점으로 이동시키기 위한 테이블 이동지시를 XY 테이블(35)로 보낸다. 테이블위치 계측부(17)는 높이계측센서(32)가 측정한 XY 테이블(35)의 위치를 테이블위치로서 계측한다. 테이블위치 계측부(17)는 계측한 테이블위치를 높이제어장치(2)로 보낸다.
높이계측센서(32)를 XY 평면 내에서 기준위치 측정점으로 이동시킨 후, 가공제어부(11)는 계측센서 제어부(12)에 워크(W)의 높이를 계측하는 높이계측지령을 보낸다. 계측센서 제어부(12)는 가공제어부(11)로부터 높이계측지령을 받으면, 높이계측센서(32)에 XY 테이블(35)의 높이를 계측시킨다. 이것에 의해, 높이계측센서(32)는 워크(W)의 높이에 대응하는 높이신호를 계측하고, 계측결과를 높이데이터 계측부(16)로 보낸다. 높이데이터 계측부(16)는 높이계측센서(32)로부터 보내져 오는 계측결과에 근거하여, 워크(W)의 기준위치에서의 높이를 계측한다. 높이데이터 계측부(16)는 계측한 높이를 높이데이터로서 높이제어장치(2)로 보낸다.
높이데이터 계측부(16)가 계측한 높이데이터와, 테이블위치 계측부(17)가 계측한 테이블위치는 Z축 보정데이터 기억부(21)에 격납된다. Z축 보정계수 산출부(22)는 Z축 보정계수(모델식)를 이용하여 산출되는 높이의 오프셋(offset)값을 산출한다. 이 오프셋값은 워크(W)의 두께에 대응하는 높이이며, 이 오프셋값만큼 모델식으로 산출되는 높이를 시프트시킨다. 구체적으로는 Z축 보정계수 산출부(22)는 기준위치에서의 데이터위치와 모델식을 이용하여 기준위치에서의 높이를 산출함과 동시에, 산출한 기준위치에서의 높이와 높이데이터 계측부(16)가 계측한 높이를 이용하여, 높이의 오프셋값이 되는 보정데이터(Zbase)를 산출한다(스텝 S110)
이 후, Z축 보정계수 산출부(22)를 Z축 보정위치 산출부(23)에 접속하고, Z축 보정위치 산출부(23)에 의한 높이보정을 유효하게 한다. 또한, 가공제어부(11)를 렌즈높이 제어부(14)에 접속해 둔다.
그리고, 레이저 가공장치(1)는 1점째의 레이저 가공을 개시한다. 가공제어부(11)는 1점째의 가공위치에 대응하는 이동지령(X1, Y1, Z1)을 렌즈높이 제어부(14)와 테이블위치 제어부(13)에 입력한다(스텝 S120). 구체적으로는, 가공제어부(11)는 렌즈이동지령을 렌즈높이 제어부(14)로 보내고, 테이블 이동지령을 테이블위치 제어부(13)로 보낸다.
렌즈높이 제어부(14)는 가공제어부(11)로부터 렌즈이동지령을 받으면, Fθ렌즈(31)의 높이를 레이저광 조사위치로 이동시키는 렌즈높이지령(Z1)을 Z축 보정위치 산출부(23)로 보낸다. 여기서의 렌즈높이지령(Z1)은 XY 테이블(35)이 평탄하며, 또한 워크(W)를 얹어 놓고 있지 않은 경우에, XY 테이블(35)상에 최적의 초점으로 레이저광을 조사할 수 있는 Fθ렌즈(31)의 높이를 지정하는 지시정보이다.
테이블위치 제어부(13)는 가공제어부(11)로부터 테이블 이동지령을 받으면, Fθ렌즈(31)를 1점째의 가공위치로 이동시키기 위한 테이블 이동지시를 XY 테이블(35)로 보낸다. 이것에 의해, XY 테이블(35)은 1점째의 가공위치로 이동한다. 구체적으로는, Fθ렌즈(31)가 워크(W)상의 1점째의 가공위치상에 오도록 XY 테이블(35)이 이동한다.
또, 테이블위치 제어부(13)는 1점째의 가공위치에 대응하는 테이블 이동지시를 Z축 보정위치 산출부(23)로 보낸다. Z축 보정위치 산출부(23)는 Z축 보정계수 산출부(22)가 산출해 둔 모델식을 이용하여, 1점째의 가공위치에서의 높이와, 기준위치에서의 높이의 차를 이동점에서의 보정량(ΔZ1)으로서 산출한다(스텝 S130). 여기서의 보정량(ΔZ1)은 1점째의 가공위치에서의 높이를 Z1로 하고, 기준위치에서의 높이를 Z0로 한 경우, ΔZ1 = Z1 - Z0이다.
그리고, Z축 보정위치 산출부(23)는 모델식을 이용하여 1점째의 가공을 행할 때의 보정 후 높이지령을 산출한다. 구체적으로는, 보정 후 높이지령을 Zz1으로 한 경우, 식(2)에 의해 보정 후 높이지령(Zz1)은 산출된다(스텝 S140).
Zz1 = Z1 + ΔZ1 - Zbase … (2)
Z축 보정위치 산출부(23)는 산출한 보정 후 높이지령(Zz1)을 높이제어부(24)로 보내고, 높이제어부(24)는 보정 후 높이지령(Zz1)을 이용하여 Z축 구동부(34)를 제어한다. 이것에 의해, Fθ렌즈(31)는 가공제어부(11)로부터의 이동지령(X1, Y1, Z1)을 보정한 위치(X1, Y1, Zz1)로 이동한다(스텝 S150). 그리고, 레이저 가공장치(1)는 1점째의 레이저 가공을 행한다(스텝 S160).
가공제어부(11)는 모든 가공점을 가공했는지 여부를 판단한다(스텝 S170). 모든 가공점을 가공하고 있지 않으면(스텝 S170, 아니오), 레이저 가공장치(1)는 2점째의 가공처리를 개시한다(스텝 S180).
가공제어부(11)는 2점째의 가공위치에 대응하는 이동지령(X2, Y2, Z2)을 렌즈 높이제어부(14)와 테이블위치 제어부(13)에 입력한다(스텝 S120). 구체적으로는, 가공제어부(11)는 렌즈이동지령을 렌즈높이 제어부(14)로 보내고, 테이블 이동지령을 테이블위치 제어부(13)로 보낸다.
렌즈높이 제어부(14)는 가공제어부(11)로부터 렌즈이동지령을 받으면, Fθ렌즈(31)의 높이를 레이저광 조사위치로 이동시키는 렌즈높이지령(Z2)을 Z축 보정위치 산출부(23)로 보낸다. 여기서의 렌즈높이지령(Z2)은 1점째를 가공할 때의 렌즈높이지령(Z1)과 같은 높이이다.
테이블위치 제어부(13)는 가공제어부(11)로부터 테이블 이동지령을 받으면, Fθ렌즈(31)를 2점째의 가공위치로 이동시키기 위한 테이블 이동지시를 XY 테이블(35)로 보낸다. 이것에 의해, XY 테이블(35)은 2점째의 가공위치로 이동한다. 구체적으로는, Fθ렌즈(31)가 워크(W)상의 2점째의 가공위치상에 오도록 XY 테이블(35)이 이동한다.
또, 테이블위치 제어부(13)는 2점째의 가공위치에 대응하는 테이블 이동지시를 Z축 보정위치 산출부(23)로 보낸다. Z축 보정위치 산출부(23)는 Z축 보정계수 산출부(22)가 산출해 둔 모델식을 이용하여, 2점째의 가공위치에서의 높이와 1점째의 가공위치에서의 높이와의 차를 이동할 지점에서의 보정량(ΔZ2)으로서 산출한다(스텝 S130). 여기서의 보정량(ΔZ2)은 2점째의 가공위치에서의 높이를 Z1로 한 경우, ΔZ2 = Z2 - Z1이다.
그리고, Z축 보정위치 산출부(23)는 모델식을 이용하여 2점째의 가공을 행할 때의 보정 후 높이지령을 산출한다. 구체적으로는, 보정 후 높이지령을 Zz2로 한 경우, 식(3)에 의해서 보정 후 높이지령(Zz2)은 산출된다(스텝 S140).
Zz2 = Z2 + ΔZ2 - Zbase … (3)
식(3)의 Z2는 1점째를 가공할 때의 보정 후 높이지령(Zz1)이다. 따라서, 2점째의 보정 후 높이지령(Zz2)은 식(4)에 의해서 산출된다.
Zz2 = Zz1 + ΔZ2 - Zbase … (4)
Z축 보정위치 산출부(23)는 산출한 보정 후 높이지령(Zz2)을 높이제어부(24)로 보내고, 높이제어부(24)는 보정 후 높이지령(Zz2)을 이용하여 Z축 구동부(34)를 제어한다. 이것에 의해, Fθ렌즈(31)는 가공제어부(11)로부터의 이동지령(X2, Y2, Z2)을 보정한 위치(X2, Y2, Zz2)로 이동한다(스텝 S150). 그리고, 레이저 가공장치(1)는 2점째의 레이저 가공을 행한다(스텝 S160).
도 9는 이동할 지점에서의 보정량과 보정데이터를 설명하기 위한 도면이다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 기준위치에서의 높이(Z0)와 1점째의 가공위치에서의 높이(Z1)와의 높이의 차는 ΔZ1이며, 1점째의 가공위치에서의 높이(Z1)와 2점째의 가공위치에서의 높이(Z2)와의 높이의 차는 ΔZ2이다. 이와 같이, 각 가공점에서의 높이는 직전의 가공점에서의 높이와의 차에 의해서 나타낼 수 있다. 본 실시형태에서는 이 높이의 차 ΔZ1, ΔZ2 등을 모델식에서 산출하고, ΔZ1, ΔZ2 등을 이용하여 보정 후 높이지령을 산출한다. 또, 보정 후 높이지령을 산출할 때에는 모델식에서 산출되는 높이를 보정 데이터(Zbase)만큼 시프트시키고 있다.
가공제어부(11)는 모든 가공점을 가공했는지 여부를 판단한다(스텝 S170). 레이저 가공장치(1)는 모든 가공점을 가공할 때까지 스텝 S120 ~ S180의 처리를 반복한다.
n(n는 자연수)점째의 가공을 행하는 경우, Z축 보정위치 산출부(23)는 Z축 보정계수 산출부(22)가 산출해 둔 모델식을 이용하여, n점째의 가공위치에서의 높이와, (n-1)점째의 가공위치에서의 높이와의 차를 이동할 지점에서의 보정량(ΔZ2)으로서 산출한다. 이 때의 보정량(ΔZ2)은 n점째의 가공위치에서의 높이를 Zn으로 하고, (n-1)점째의 가공위치에서의 높이를 Z(n-1)로 한 경우, ΔZn = Zn - Z(n-1)이다.
또한, Z축 보정위치 산출부(23)는 모델식을 이용하여 n점째의 가공을 행할 때의 보정 후 높이지령을 산출한다. 구체적으로는, 보정 후 높이지령을 Zzn으로 한 경우, 식(5)에 의해서 보정 후 높이지령(Zzn)은 산출된다.
Zzn = Zz(n-1) + ΔZn - Zbase … (5)
모든 가공점을 가공하면(스텝 S170, 예), 레이저 가공장치(1)는 워크(W)로의 레이저 가공을 종료한다. 이 후, 다음의 워크(W)를 가공하는 경우에는 스텝 S110 ~ S180의 처리가 반복된다.
이와 같이, 본 실시형태에서는 XY 테이블(35) 표면의 요철량을 모델식을 이용하여 산출하고 있다. 그리고, 테이블위치의 다음 이동지령 발생시에 이동할 지점의 테이블의 요철량을 모델식으로부터 산출함과 동시에, 이동전과의 높이의 차분을 산출하고 있다. 그리고, 테이블 이동시에 산출한 차분만큼 높이방향으로 레이저광의 조사위치를 이동시키고 있다. 이것에 의해, XY 테이블(35)의 요철모델에 따라서, 워크(W)의 가공위치의 높이를 보정하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 실시형태에서는 4차 다항식으로 XY 테이블(35)의 요철을 근사하는 경우에 대해서 설명했지만, 4차식 미만의 다항식이나 5차식 이상의 다항식으로 XY 테이블(35)의 요철을 근사해도 된다.
또한, 본 실시형태에서는 레이저 가공장치(1)가 모델식을 산출하는 경우에 대해서 설명했지만, 모델식은 다른 장치가 산출하여도 된다. 이 경우, 레이저 가공장치(1)는 다른 장치가 산출한 모델식을 이용하여 보정 후 높이지령(Zzn)을 산출한다.
또, 본 실시형태에서는 XY 테이블(35)상의 에어리어를 4분할하여, 에어리어마다 Z축 보정계수를 산출하는 경우에 대해서 설명했지만, 에어리어 분할은 4분할에 한정되지 않는다. 예를 들면, XY 테이블(35)상의 에어리어를 2분할이나 3분할하여도 되고, 5분할 이상하여도 된다. 또, XY 테이블(35)상의 에어리어를 분할하지 않고, Z축 보정계수를 산출해도 된다.
이와 같이 실시형태에 의하면, 다항식을 이용하여 근사하고 있으므로, XY 테이블(35)의 요철의 산출에 이용하는 데이터(보정계수)가 적게 된다. 따라서, 격납해 두는 데이터량이 적게 된다.
또, XY 테이블(35)상의 에어리어를 분할하고, 에어리어마다 Z축 보정계수를 산출하고 있으므로, XY 테이블(35)의 요철을 정확하게 근사할 수 있다. 또, 에어리어 A2 ~ D2가 각각 다른 에어리어와 일부만 겹치도록 XY 테이블(35)상에 에어리어 설정함으로써, 경계 근방에서도 정확한 근사를 행하는 것이 가능하게 된다.
이상과 같이, 본 발명에 관한 레이저 가공장치 및 레이저 가공방법은 XY 테이블에 얹어 놓은 워크의 레이저 가공에 적절하다.
1 레이저 가공장치
2 높이제어장치
11 가공제어부
12 계측센서 제어부
13 테이블위치 제어부
14 렌즈높이 제어부
15 카메라높이 제어부
16 높이데이터 계측부
17 테이블위치 계측부
21 Z축 보정데이터 기억부
22 Z축 보정계수 산출부
23 Z축 보정위치 산출부
24 높이제어부
30 레이저광
31 Fθ렌즈
32 높이계측센서
33 카메라
34 Z축 구동부
35 XY 테이블
101 XY-Z 대응정보
A1 ~ D1, A2 ~ D2 에어리어
W 워크

Claims (5)

  1. XY 테이블상에 얹혀 놓인 워크(work)에 레이저광을 조사하여 상기 워크로의 레이저 가공을 행하는 레이저 가공장치에 있어서,
    상기 워크상에서 소정의 높이로 이동하여 상기 워크에 레이저광을 조사하는 레이저광 조사부와,
    상기 XY 테이블의 표면높이를 모델화한 근사식을 이용하여 상기 워크상의 가공위치마다 상기 레이저광 조사부의 높이의 보정값을 산출함과 동시에, 상기 워크의 가공을 행할 때에 지시되는 가공높이를 상기 보정값으로 보정하여 보정 후의 가공높이를 산출하는 산출부와,
    상기 보정 후의 가공높이로 상기 레이저광 조사부를 이동시키는 구동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 XY 테이블의 높이를 측정하는 높이계측부를 더 구비하고,
    상기 산출부는 상기 높이계측부에서 측정된 복수 점에서의 상기 XY 테이블의 표면높이에 근거하여 상기 근사식을 산출하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 산출부는 상기 XY 테이블상에 복수의 에어리어(area)를 설정하고, 에어리어마다 상기 근사식을 산출하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 산출부는 인접하는 상기 에어리어끼리에서 일부의 에어리어가 겹치도록 상기 에어리어를 설정하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  5. XY 테이블상에 얹혀 놓인 워크에 레이저광을 조사하여 상기 워크로의 레이저 가공을 행하는 레이저 가공방법에 있어서,
    상기 워크상에서 소정의 높이로 이동하여 상기 워크에 레이저광을 조사하는 레이저광 조사부의 높이의 보정값을 상기 XY 테이블의 표면높이를 모델화한 근사식을 이용하여 상기 워크상의 가공위치마다 산출하는 보정값 산출스텝과,
    상기 워크의 가공을 행할 때에 지시되는 가공높이를 상기 보정값으로 보정하여 보정 후의 가공높이를 산출하는 가공높이 산출부와,
    상기 보정 후의 가공높이로 상기 레이저광 조사부를 이동시켜 레이저 가공을 행하는 가공 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
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